電紡絲研究的總結(jié)

電紡絲：將徹底轉(zhuǎn)變歷史的車輪？最終給出了個(gè)人見解。前言：一維材料性能獨(dú)特，應(yīng)用廣泛，是爭(zhēng)論熱點(diǎn)。合成和制備方法已進(jìn)展不少，纖維、線、管、棒、帶、螺旋、環(huán)等構(gòu)造都已做出。在全部的方法中，電紡絲最簡(jiǎn)潔，而且可以制備實(shí)心或者空心的，長度任意長，直徑特均勻，成分可隨便變，也可通過改性與或者反響摻雜等電荷的庫侖排斥力和靜電引力。電紡絲可持續(xù)工作，而且直徑更小。電紡絲技術(shù)可以認(rèn)為是靜電噴絲技術(shù)的變化形式液而言，工作原理是帶電射流的曲張裂開，而電紡絲一般是高粘滯的溶液，易揮發(fā)的溶劑，外表電荷的庫侖排斥。靜電噴絲技術(shù)已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域如質(zhì)譜技術(shù)，涂料，噴墨打印，1934年，F(xiàn)ormalas想利用外表電荷的排斥來199390少爭(zhēng)論小組特別是Reneker小組對(duì)該方法都有很大的興趣并從大量的高分子有機(jī)物制備了纖上升，由于其簡(jiǎn)潔，多功能性，敏捷性，以及有潛力的作用。本文主要描述了哪些東西bd。本文的主要構(gòu)造有以下幾個(gè)局部。根本裝置：一般的裝置如以下圖所示，主要三個(gè)局部：高壓電源、金屬噴絲頭〔毛細(xì)管、接地的接收器。高壓電源一般在1-30kv，一般為直流，但溝通也可。金屬噴絲口和一個(gè)注射器連接，注射器由甭可以掌握恒定注射量。溶液主要受三種力，靜電排斥力和庫侖引力，外表張力。當(dāng)電壓〔理論上正在研究中，有爭(zhēng)論，一般認(rèn)為是排斥劈裂，搖擺不穩(wěn)定〕就紡絲了，形成無紡織布。目前已經(jīng)超過50種的高分子有機(jī)物可以紡絲，直徑一般在幾十個(gè)納米到幾個(gè)微米之間。改進(jìn)的裝置：為了解決排列的問題，引入了轉(zhuǎn)動(dòng)接收極。接收極大小及其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向是重要參數(shù)。為了解決低產(chǎn)率問題，引入了多孔金屬噴絲頭。要解決均勻性和相干性問題，技術(shù)上要解決加工和匹配問題。為了制備多級(jí)構(gòu)造，或者解決成分單一的問題，引入了同軸電纜型噴絲頭。內(nèi)外溶液粘滯性和溶劑揮發(fā)性的匹配很重要。在小型芯片上要把納米纖維引入，不要高壓和注射泵或者針尖，小滴在兩個(gè)微電極上加個(gè)電勢(shì)差即可成絲。這使得紡絲技術(shù)可以和集成電路兼容。工作機(jī)理、理論模型：紡絲過程是一個(gè)很簡(jiǎn)單的電流體力學(xué)問題。1999年之前認(rèn)為是一個(gè)由于靜電排斥的劈裂和張開過程，近年來試驗(yàn)覺察它更是一個(gè)彎曲不穩(wěn)定性〔bendinginstability〕的過程。如上圖，圖A給出的是一個(gè)分裂的過程，但高區(qū)分的照相覺察它首先是一個(gè)直線，越來越建立。理論爭(zhēng)論是掌握和組裝的根底，很重要，它的關(guān)鍵是如何描述射流的運(yùn)動(dòng)軌跡方程。參數(shù)掌握：主要有直徑、形貌、成分、二次構(gòu)造；掌握是設(shè)計(jì)的前提，也是進(jìn)展試驗(yàn)首先要考慮的問題?！簿酆衔镦湹臉?gòu)型、粘滯性、彈性、電導(dǎo)率、極性、溶液的外表張力；試驗(yàn)操作條件〔和接收極的距離、聚合物溶液的供給速率、噴絲頭直徑大小絲中，存在集聚珠子現(xiàn)象，這是最一般的問題。如以下圖：受力分析：三種力，外表張力、靜電排斥力、粘彈性力，珠子是由于外表張力過大，可以通過后兩種力來抵消它。一般粘彈性大即濃度大，珠子少，電場(chǎng)的作用比較難考察，它的作用是兩方面的，假設(shè)太大會(huì)造成不穩(wěn)定，從而珠子反而增加。對(duì)于絲的橫截面，一般是圓形或者帶狀，由于揮發(fā)，在紡絲過程中可能絲帶有皮膚，而皮膚快速又崩潰了。一般影響直徑大小的參數(shù)有：聚合物濃度〔濃度大，直徑大、聚合物電導(dǎo)率〔可參加無機(jī)鹽提高電導(dǎo)率使d小、外加電壓大小〔實(shí)際參數(shù)應(yīng)當(dāng)是電場(chǎng)強(qiáng)度，因而與距離有關(guān)、溶液供給速度，固然最關(guān)鍵的因素是外表張力和靜電排斥力的相互作用。寬了。例如想方法使得光、電、磁、機(jī)械、生物學(xué)功能的材料埋入到聚合物，甚至可以共同埋入來到達(dá)多功能效果。功能高聚物及其混合物：主要有導(dǎo)電性、壓電性、半導(dǎo)體性、電發(fā)光性、感光性等等。選擇好的基體很重要。無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料和陶瓷材料：由于對(duì)粘彈性的要求，電紡絲受到了極大的限制。但現(xiàn)在知道，傳統(tǒng)sol-gel方法得到的膠體也可以紡絲，但sol-gel溶液的條件和聚合物溶液的條件要盡量一樣。一般這樣得到的絲直徑在幾百個(gè)納米?？梢宰宻ol-gel反響在射流的過程中發(fā)生，這樣得到的直徑小很多。通過煅燒，有機(jī)物將失去，從而只剩下無機(jī)物，成為所謂的陶瓷材料。功能材料〔特別是低維功能材料〕的包裹：納米粒子、納米線等一維材料、生物分子物種等。參加無機(jī)物的前驅(qū)物到聚合物中，再材料中，一個(gè)要解決的問題是分散〔溶解〕問題，實(shí)際上，即使不溶解，也可以作成乳狀液進(jìn)展紡絲。對(duì)已紡成的絲改性：有很多種方法?？梢栽谕獗礤兡ぁ搽娀瘜W(xué)沉積是不錯(cuò)的選擇，形成同軸電纜構(gòu)造，這過這些改性，在不轉(zhuǎn)變絲形貌的狀況下，絲的化學(xué)、熱、力學(xué)、液體侵濕、吸附等性能為電紡絲納米纖維的轉(zhuǎn)變供給了很多的路徑。例如：熱處理轉(zhuǎn)化、反響性轉(zhuǎn)化等，這使得很多不能夠用電紡絲制備的纖維可以通過轉(zhuǎn)化得到。掌握二次構(gòu)造：主要有core-sheath構(gòu)造，hollow構(gòu)造、porous構(gòu)造。核-鞘構(gòu)造：傳統(tǒng)裝置而言，也可能得到。一種溶劑，兩種高聚物，溶劑揮發(fā)時(shí)，相分別。最便利的方法是利用同軸電纜似的噴頭，如以下圖：一般認(rèn)為由于紡絲過程極快，兩種溶液幾乎沒有時(shí)間混合，溶劑已揮發(fā)完，紡絲完成。是兩種溶液最好不混溶?？招臉?gòu)造：納米流管、蓄氫用等。一般制備方法為犧牲內(nèi)部模板法。對(duì)于核鞘構(gòu)造，得腐蝕〔萃取〕內(nèi)部纖維；也可以先鍍一層膜形成核鞘構(gòu)造，再腐蝕〔萃取〕內(nèi)部模板。分子就會(huì)留在管內(nèi)部。多孔構(gòu)造：多孔構(gòu)造應(yīng)用廣泛，如催化、過濾、吸取、燃料和太陽能電池、組織工程等。介紹兩種制備方法。一種是基于紡絲后選擇性的除去某些成分；另一種是在紡絲過程中掌握適宜的條件，使得相分別并快速固化。這樣，環(huán)境的濕度和溫度將極大地影響結(jié)果。〔關(guān)鍵局部〕由于很多應(yīng)用例如電子、光子器件、增加體等都需要定向排列，所以這個(gè)步驟比較關(guān)鍵。一般來說，直接得到的是隨機(jī)排列的無紡織布。要掌握排列，主要有兩個(gè)方法：其一是想方法方法需要理論根底，這里我們主要考慮其次種方法。轉(zhuǎn)鼓接收極：圓柱形高速旋轉(zhuǎn)的接收極〔但什么樣的速度適宜呢還值得探討〕這〔發(fā)揮制造力的時(shí)候到了，但關(guān)于定向排列的機(jī)理爭(zhēng)論還不是很清楚。分叉電極對(duì)：在這里，如何想方法實(shí)現(xiàn)或者收集單根很重要。另外，就是設(shè)計(jì)好模板，讓絲直接紡在上面用。獨(dú)特性能與應(yīng)用前景；一、獨(dú)特性能：高比外表積，簡(jiǎn)單的多孔構(gòu)造。而孔構(gòu)造造成比外表積更大；分子水平上的有序性〔主要指的是內(nèi)部構(gòu)造，由于電場(chǎng)的作用使之排列具有肯定的規(guī)律性；二、應(yīng)用前景：基于納米纖維的隔膜和輕松服裝；它具有過濾作用，什么可以單向過濾作用；通過修飾，可使衣服透氣卻保溫；生物醫(yī)用：由于很多生物大分子例如蛋白質(zhì)、DNA、酶等都可以電紡絲，它在組織工程有很大應(yīng)用；另外就是做骨架。作為酶或者催化劑的載體；關(guān)鍵參數(shù)是活性問題。納米纖維傳感器；多孔性、可填充性等特點(diǎn)；做電子或者光學(xué)器件；這是我們最關(guān)心的方向，做電子器件〔FET、PN結(jié)等〕關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)單根和組裝，而光學(xué)器件〔起偏器，非線性光學(xué)器件等〕要實(shí)現(xiàn)定向排列；固然要做這個(gè)，還有很多根底科學(xué)需要爭(zhēng)論，單根的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。作為犧牲模板用；這樣可以做出很多中空的的納米管道?！沧铌P(guān)心的局部〕理論上：對(duì)電紡絲的具體過程還不了解；技術(shù)上：10-30nm100nm以上；的紡絲；如何讓這些物質(zhì)也可以紡絲？共紡絲可能是解決方案之一；二次構(gòu)造和紡絲參數(shù)的關(guān)系還得進(jìn)展系統(tǒng)地爭(zhēng)論；構(gòu)造，從而讓他們徹底可以應(yīng)用到器件上；sol-gel法和電紡絲結(jié)合起來，可能使傳統(tǒng)的方法柳暗花明又一村。特別值得指出的是，由于電紡絲的尺寸在納米級(jí)，而且更簡(jiǎn)潔掌握，確實(shí)可能為下一代器件的制備供給了一個(gè)更簡(jiǎn)潔可行的方法?？傊鉀Q的問題多多，和納米管一樣，往往最關(guān)鍵的是掌握問題，一旦掌握問題解性和應(yīng)用爭(zhēng)論在開發(fā)之前，抓住一個(gè)好的領(lǐng)域?qū)淼臓?zhēng)論都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。工作？想著到達(dá)一個(gè)什么樣的目標(biāo)？甩膜的好處在于：對(duì)于絕緣性的物質(zhì)也可；過程簡(jiǎn)潔明白，比電紡絲的過程簡(jiǎn)潔，所以更簡(jiǎn)潔掌握；我們失敗的緣由主要是重疊性，而解決重疊性的方法是接收極距離足夠長，使得溶劑可以揮發(fā)完。另外，為了可以得到更細(xì)的絲，是否可以將電紡絲和甩膜結(jié)合起來。關(guān)鍵要設(shè)置參數(shù)?！厕D(zhuǎn)動(dòng)的中間噴絲，用圓柱形的陰極接收，由于電紡絲距離短，紡絲的直徑不能夠進(jìn)一步削減，為此我們承受網(wǎng)狀的承受極，讓絲可以通過網(wǎng)甩出去，從而使直徑變得更小，固然〕一、制備樣品上：123、選擇什么樣的方法制備樣品〔有很多方法，選擇適宜的；4、依據(jù)所需樣品的參數(shù)確定該方法的參數(shù)；需要什么溶劑溶質(zhì)、分子量，粘滯性，噴頭直〔文獻(xiàn)調(diào)研和依據(jù)自己的試驗(yàn)儀器查找閱歷值〕56二、排列與組裝〔與三并列，都為了器件爭(zhēng)論候到了；另外要摸透各個(gè)外在掌握參數(shù)和絲的形貌之間的關(guān)系〔理論爭(zhēng)論。三、物性測(cè)量上：依據(jù)自己做的樣品從事物理根底爭(zhēng)論，主要是光、電、磁、熱、力等性質(zhì)的測(cè)試；功能化材料的功能到底怎么樣得測(cè)試出來。場(chǎng)放射性能測(cè)量；改性與修飾后的物理性能及功能。四、器件制備：根本電子元件的組裝和性能測(cè)試，主要是FET，SET等；傳感器，利用纖維的功能性，物理傳感器、生物傳感器、力學(xué)傳感器、化學(xué)傳感器；光電轉(zhuǎn)化器件、熒光器件、激光